DWR: водоотталкивающие пропитки

Эта статья о том, как работают водоотталкивающие пропитки и зачем они нужны.

DWR – Durable Water Repellent

Начнём, пожалуй, с английского.

DWR - сокращение от "Durable Water Repellent”. Что же это значит?

“Durable” – “существующий длительное время”, “долговечный”. “Water” – “вода”. “Repellent” – “вещество отталкивающее, отбрасывающее”, в данном случае, воду. Итак, DWR = “устойчивая (долговечная), водоотталкивающая пропитка”.

Английские термины “waterproofing”, изредка – “impregnation” – обычно встречаются у европейских производителей.

С этим разобрались. Пора понять, как эта штука работает.

Немного теории

Вместе вспоминаем химию и физику. 

Есть такой раздел – “ Физическая химия поверхностных явлений”. Как раз она нам и нужна. Волокна ткани одежды у нас представляют собой твёрдое тело, а вода – жидкость.

То есть, мы имеем границу раздела фаз “твёрдое тело” – “вода”. Рассмотрим, что происходит с каплей воды, свободной от внешних сил. Молекулы воды, находящиеся в глубине капли со всех сторон, притягиваются всеми остальными молекулами, так что силы, действующие на любую такую молекулу, скомпенсированы. Молекулы же, находящиеся у поверхности капли, окружены себе подобными молекулами не со всех сторон - над поверхностью их нет. Соответственно, нет сил, компенсирующих притяжение нижележащих молекул. В результате, молекулы находящиеся у поверхности капли (т.е. на границе капли), всё время втягиваются внутрь капли. В сумме это приводит к тому, что капля стремится сократить площадь своей поверхности до минимума при данном объеме – принять форму шара, который обладает наибольшим объемом при минимальной площади – жидкости это энергетически “выгодно”. Выглядит это так, как будто капля находится в эластичной оболочке, хотя там ничего нет. В отсутствии внешних сил (ускорения, реакции опоры и т.п.) капля (а хоть и ведро) воды примет форму шара. Вспомните репортажи с орбиты.

Что происходит, когда капля воды вступает в контакт c твёрдым телом?

В простейшем случае, всё определяется соотношениями сил притяжения между молекулами веществ. Если сила притяжения между молекулами твёрдого тела и молекулами жидкости больше силы притяжения между молекулами самой жидкости, поверхность твердого тела будет притягивать молекулы жидкости из капли к себе – поверхность будет смачиваться данной жидкостью. Если сил притяжения между молекулами твёрдого тела и воды недостаточно, чтобы преодолеть межмолекулярные силы в самой жидкости, то молекулы жидкости будет слабее притягиваться молекулами твердого тела – жидкость не будет смачивать его поверхность. Заметьте, что в данном случае твёрдое тело не отталкивает жидкость, а всего лишь слабее притягивает молекулы жидкости. Настолько слабее, что силы стремящиеся стянуть каплю в шар, начинают преобладать. Называют эти силы – силами поверхностного натяжения.

А на практике

Теперь, казалось бы всё просто. Подбираем для ткани материал с коэффициентом поверхностного натяжения (КПН) меньше, чем у воды, – и вуаля! Наша ткань не смачивается водой. Давайте посмотрим на наш любимый нейлон, из которого сделано большинство тканей. Примерное значение КПН для нейлона - 33-46 мН/м. В то время как у воды при +20С – 73 мН/м. Что это значит? А то, что наш нейлон не должен смачиваться водой и без всяких DWR! И тут начинаются самые главные трудности. Если попробовать смочить Nylon Tactel и простую нейлоновую верёвку, Nylon Tactel не смачивается, а верёвка впитывает в себя как губка. В чём же дело? 

Самая правдоподобная причина этого, видимо, в следующем. Большую роль в поверхностных явлениях играют другие факторы – соотношения КПН недостаточно для решения вопроса о реальном смачивании. Ведь мы рассматривали идеальный случай. Реальные поверхности имеют различные шероховатости, инородные включения, различную форму и размеры, дефекты кристаллической решётки и т.д.
В общем, с учётом вышесказанного, считаем, что нейлон в какой-то степени смачивается, и это нас не устраивает. Что делать?

Водоотталкивающие пропитки

Если вы вспомните, о чём мы говорили выше, то станет ясно, что термин “водоотталкивающие” не соответствует действительности, так как они не отталкивают, а всего лишь слабее притягивают молекулы воды. Но такова традиция – называть их водоотталкивающими. Эти пропитки представляют собой растворы или эмульсии веществ с низким КПН.
Что происходит, когда мы обрабатываем ткань такими составами?
Растворитель, вместе с растворённым в нём веществом, (или эмульсия) попадая на ткань, смачивает поверхность волокон ткани. Затем растворитель (или другая основа) испаряется, а на поверхности каждого волокна остается тончайший слой водоотталкивающего вещества (которое не испаряется). Таким образом, мы получаем волокна, поверхность которых еще меньше притягивает воду – и она собирается в капли и меньше втягивается в поры ткани.

Пропитки, доступные в продаже, можно разделить на две группы:

• пропитки на углеводородных растворителях;
• пропитки на водной основе.

Пропитки на углеводородных растворителях

На упаковке можно увидеть такой состав: растворители, фторкарбоновые смолы. Фторкарбоновые смолы – это соединения углерода с фтором, и чаще всего это именно политетрафторэтилен (тефлон). Растворителем в таких пропитках, чаще всего, служит трихлорэтан. Подобные пропитки есть у “Granger's”, “Storm Waterproofing”, “Woly Sport”. Недостатком этих пропиток является то, что они вредны (агрессивный растворитель сильно пахнет и вредит нам и природе), их нельзя наносить на мокрую ткань/кожу – только на сухую. Зато они быстро сохнут.

Пропитки на углеводородном растворителе можно наносить только на сухие поверхности и очень желательно на открытом воздухе или в хорошо проветриваемом помещении, иначе есть риск отравиться парами растворителя.

Пропитки на водной основе

Компания “Nikwax”, пошла другим путём. И, в отличие от большинства других производителей подобных пропиток, “Nikwax” сделала ставку на воду в качестве транспортной основы для своих пропиток. Но так как после нанесения и высыхания пропитка не должна растворяться водой (иначе, зачем она такая нужна), то пропитки “Nikwax” - не раствор, а эмульсия - коллоидная взвесь микрочастиц одной жидкости в другой, не смешивающихся между собой. Аналогичные пропитки есть у “Granger's”, “Storm Waterproofing”.

Плюсы подобных (на водной основе) пропиток в том, что они не имеют резкого запаха, более безопасны для вас и природы (в них нет ядовитых растворителей). Пропитки на водной основе можно наносить на мокрые или сухие поверхности, но эффективнее - на мокрые. Подобными пропитками можно пользоваться непосредственно в походе, на маршруте.

При промышленном производстве тканей, используют те же самые или схожие пропитки для придания тканям водоотталкивающих свойств. Это и есть фабричная DWR-обработка, с которой вы имеете дело, купив куртку или другие вещи/снаряжение.

Ну и зачем это все?!

Зачем нам вся эта головомойка, если у нас есть мембрана, которая и так воду не пропустит?
Мембрана обычно нанесена с изнаночной стороны ткани. То есть осадки контактируют в первую очередь с тканью верха. К чему может привести впитывание воды тканью (т.е. если ткань смачивается водой):

1. Если посмотреть в таблицы, то видно, что у многих искусственных волокон прочность в мокром состоянии ниже, чем в сухом. Следовательно – мокрая ткань менее прочная, чем сухая!
2. Вода, впитавшаяся в ткань или кожу, утяжелит одежду и обувь для туризма, и прибавит вес, который вам надо нести на себе.
3. Если вы в промокшей одежде попадете в условия с низкими температурами – вода, находящаяся в ткани замерзнет. А вода при замерзании расширяется. Это может привести к повреждению ткани или мембраны. Ткань или мембрану может разорвать, или мембрана может отслоиться от ткани!
4. Если вода в ткани образует сплошную тонкую плёнку, то ваша мембрана практически перестанет дышать – парам некуда будет уходить!
5. Если вода проникла внутрь пор мембраны, то высока вероятность проникновения воды сквозь мембрану по порам.
6. Если кожа, обычно используемая в обуви, промокнет и набухнет от воды, то после высыхания она может потерять свою эластичность, стать жесткой и потрескаться.

Как пользоваться пропитками

Пропитки, доступные в продаже, обычно разделяются на три категории: для обуви, для одежды, для снаряжения (тентов, рюкзаков и т.п.). Но бывают и универсальные – все зависит от производителя. Кроме того, пропитки часто делятся по роду обрабатываемых материалов: для гладкой кожи, для нубука/замши, для пуховых изделий, для синтетических тканей и также универсальные.

Соответственно, пропитки надо приобретать исходя из того, что вы собираетесь обрабатывать.
Новые одежда, обувь и снаряжение чаще всего имеют заводскую DWR-обработку. Но почти все производители обуви рекомендуют сразу после покупки, перед началом эксплуатации, обработать новую обувь водоотталкивающими пропитками – что и мы рекомендуем сделать.

Любые пропитки надо наносить на чистую (вымытую, выстиранную или просто не грязную) вещь!

По способу применения пропитки можно разделить на две группы:

• В первую входят пропитки, которые надо добавить в воду, а затем полностью погрузить обрабатываемую вещь в получившийся раствор и возможно прополоскать ее в нём. Такие пропитки продаются в обычных емкостях с крышками. Достоинства – более полная пропитка, без пропусков, недостатки – нужен тазик, вода, время на сушку. Если вы планируете стирать вещь, то лучше процесс стирки и пропитки совместить – сначала постирать и прополоскать и тут же, не давая вещи высохнуть – обработать в такой пропитке. И, естественно, так нельзя обрабатывать обувь.
• Во вторую входят пропитки, которые наносятся на поверхность обрабатываемой вещи при помощи распылителя или губок. Пропитки на углеводородных растворителях обычно идут в аэрозольной упаковке, на водной – в бутылках с механическими распылителями или с поролоновыми губками. Применяется просто – распыляется на поверхность, которую надо обработать в случае с аэрозолем или распылителем, либо выдавливается на губку и губкой наносится на поверхность в случае тубы с губкой.

Как часто нужно использовать пропитку? По мере необходимости. Так как в результате обработки просто образуется тонкий слой вещества на волокне, то этот слой может изнашиваться в результате трения волокон друг о друга, воздействия химических веществ, растворённых в воде, действия ультрафиолетовых лучей и др. Поэтому периодически обработку нужно повторять.

Если вы видите, что ваша обувь или одежда стала впитывать воду только в некоторых местах, можно ограничиться локальной обработкой с помощью пропитки в аэрозольной упаковке или с распылителем. Если бОльшая часть одежды потеряла водоотталкивающие свойства, то её всю можно обработать распылителем или аэрозолем или применить пропитки, раcсчитанные на полное погружение в них вещи.

Конечно, перед походом лучше провести превентивную обработку обуви и снаряжения.

И всегда читайте инструкции к пропиткам и вещам !